接插件的理解



  • 本文解释一些关于接插件的使用,内容选择一些比较简单的部分,有时间会继续追加内容。

    1.额定电压

    主要取决于接插件所使用的绝缘材料,触点之间的间距大小,事实上,接插件的额定电压应理解为厂商推荐的最高工作电压。

    2.额定电流

    在接插件的设计过程中,是通过对接插件的热设计来满足额定电流要求的。因为在触点有电流流过时,由于存在导体电阻和接触电阻,触点将会发热,当其发热超过一定极限时,将破坏接插件的绝缘,形成触点对表面镀层的软化,从而导致故障的出现。因此,要限制额定电流,事实上也就是要限制接插件内部的温升不超过设计的规定值。

    3.接触电阻

    接插件的接触电阻指标指的是触点电阻,它包括接触电阻和触点导体电阻。通常,触点导体电阻较小,因此触点电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。其次,在连接小信号的电路中,要注意接触电阻指标的测试条件,因为接触表面会产生膜层电阻。当膜层厚度增加时,电阻迅速增大,使膜层成为不良导体。但膜层在高接触压力下会发生机械击穿,或在高电压、大电流下发生电击穿。在某些小体积的插接件设计中,接触压力相当小,使用场合仅为mA级或mV级,膜层电阻不易被击穿,可能影响电信号的传输。在GB5095中的接触电阻测试方法之一——“接触电阻-毫伏法”规定,为了防止接触件上绝缘薄膜被击穿,测试回路的开路电动势的直流或交流峰值应不大于20mV,直流或交流试验电流应不大于100mA,这是一种低电平接触电阻的测试方法。因此有此项要求的选择者,应选用低电平接触电阻指标的插接件。

    4.屏蔽性

    在现代电气电子设备中,由于元器件的密度及它们之间相关功能的日益增加,对电磁干扰的限制也提出了严格的要求。因此,插接件往往用金属壳体封闭起来,以阻止内部电磁能辐射或受到外界电磁场的干扰。在低频时,只有磁性材料才能对磁场起明显屏蔽作用。此时,对金属外壳的电连续性有一定的规定,也就是外壳接触电阻。

    5.安全参数

    • 1)绝缘电阻 绝缘电阻主要受绝缘材料、温度、湿度、污损等因素的影响。插接件样本上提供的绝缘电阻值一般都是在标准环境下的标称值。在某些环境条件下,绝缘电阻值会有不用程度的下降。另外要注意绝缘电阻的试验电压值。根据绝缘电阻(MΩ)=加在绝缘体上的电压(V)/泄露电流(uA),施加不同的电压就有不同的结果。在插接件的试验中,施加的电压一般有10V,100V,500V三档。
    • 2)耐压 耐压主要受触点间距、爬电距离、几何形状、绝缘体材料以及环境温度、湿度和大气压力的影响。
    • 3)燃烧性 任何插接件在工作时都离不开电流,这就存在发生火灾的危险性。因此,不仅要求插接件能防止引燃,还要求在一旦引燃和起火时能在短时间内自灭。应根据使用情况注意选用阴燃型、采用自熄性绝缘材料的插接件。

    6.机械参数

    接插件中接触压力是一个重要指标,它直接影响到接触电阻的大小和接触对的磨损量。在大多数结构中,直接测量接触压力是相当困难的,因此往往通过单脚分离力来间接测算接触压力。对于圆形针孔接触对,通常是用有规定重量砝码的标准插针来检验阴接触件夹持砝码的能力,一般其标准插针的直径 是阳接触件直径的下限取-5um,总分离力通常是单脚分离力上限之和的2倍。总分离力超过50N时,用人工插拔已经相当困难了。对一些测试设备或某些特殊要求的场合,可选用零插拔力插接件、自动脱落插接件等。

    7.机械寿命

    通常规定插接件的机械寿命为500~1000次。在达到此规定的机械寿命时,插接件的接触电阻、绝缘电阻和耐压等指标不应超过规定值。严格地说,所谓的机械寿命是一种模糊的概念。机械寿命应该与时间存在一定的关系,显然10年用完500次与1年用完500次的情况是不一样的,但目前尚无一种更经济、更科学的方法来衡量。

    8.触点数目和针孔性

    首选可根据电路的需要来选择触点的数目,同时要考虑插接件的体积和总分离力的大小。通常,触点数目越多,接插件的体积越大,总分离力相对也越大。在空间足够的情况下,可采用两对触点并联的方法来提高连接的可靠性。
    在插接件的插头、插座中,插针(阳接触件)和插孔(阴接触件)一般都能互换装配,在实际使用时,可根据插头和插座两端的带电情况来选择。常带电的可选择带插孔的插座,因为带插孔的插座,其带电接触件“埋”在绝缘体中,人体不易触摸到带电接触件,相对来说比较安全。

    9.振动、冲击、碰撞

    要考虑插接件在规定频率和加速度条件下振动、冲击、碰撞时的触点的电连接性。触点在此动态情况下会发生瞬时断路的现象。规定的瞬断时间一般有1us、10 us、100 us、1ms和10ms。要注意的是判断触点发生瞬断故障的方法,通常认为,当闭合触点两端电压降超过电源电动势的50%时,可判定闭合触点发生故障。也就是说,判断是否发生瞬断有两个条件,即持续时间和电压降,二者缺一不可。

    10.连接方式

    插接件一般由插头和插座组成,其中插头又称为自由端插接件,插座也称为固定插接件。通过插头、插座的插合和分离来实现电路的连接和断开,因此就产生了插头和插座的各种连接方式。对圆形插接件来说,主要有螺纹式连接、卡口式连接和弹子式连接3种方式。其中螺纹式连接最常见,它具有加工工艺简单、制造成本低廉、适用范围广泛等优点,但连接速度较慢,不适宜于需频繁插拔和快速连接的场合。卡口式连接由于其3条卡口槽的导程较长,因此连接的速度较快,但其制造较复杂,成本较高。弹子式连接是3种连接方式中连接速度最快的一种,它不需进行旋转运动,只需进行直线运动就能实现连接、分离和锁紧的功能,但由于它属于直推拉式连接方式,所以仅适用于总分离力不大的插接件,通常用于小型插接件。

    11.安装方式和外形

    插接件的安装有前安装和后安装两种方式,安装固定方式有铆钉、螺钉、卡圈或插接件本身卡销快速锁定等。还有一种插头和插座均是自由端插接件,即所谓的中继插接件。
    插接件的外形多种多样,通常是从直形、弯形、电线或电缆的外径,以及与外壳的固定要求、体积、质量、是否需连接金属软管等方面加以选择,对在面板上使用的插接件还要从美观、造型、颜色等方面加以考虑。

    12.环境参数

    环境参数主要有环境温度和湿度、温度急变、大气压力和腐蚀环境等。插接件在使用、保管和运输过程中所处的环境对其性能有显著的影响,所以必须根据实际的环境条件选用相应的插接件。

    • 1)环境温度 插接件的金属材料和绝缘材料决定着插接件的工作环境温度。高温可使金属材料触点失去弹性,加速氧化和发生镀层变质;高温会破坏绝缘材料,引起绝缘电阻和耐压性能降低。
    • 2)潮湿 当环境的相对湿度大于80%RH时,容易引起电击穿。潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸附和扩散,容易使绝缘电阻降低到MΩ级以下。长期处在高湿环境下,会引起物理变形、分解、逸出生成物,产生呼吸效应,以及电解、腐蚀和裂纹。特别是设备外部使用的插接件,更要考虑潮湿、渗水和污染的环境因素,这种情况下应选用密封插接件。对于水密型、尘密型插接件,一般会采用GB4208的外壳防护等级来表示。
    • 3)温度急变 温度急变试验是模拟插接件从寒冷环境转入温暖环境的使用情况,温度急变可使绝缘材料裂纹或起层。
    • 4)大气压力 在空气稀薄的高空,塑料会放出气体会污染触点,,并使电晕产生的概率增加,耐压性能下降,导致电路产生短路故障。在高度达到某一定数值时,塑料性能变差。因此在高空使用的非密封插接件必须降额使用。
    • 5)腐蚀环境 根据腐蚀环境的不同,应选用不同的金属、塑料、镀层结构的插接件。例如,在盐雾环境下使用的插接件,若没有防腐的金属表面,会使其性能迅速恶化;在含有一定浓度的SO2环境中,不宜使用镀银触点的插接件;在潮热地区,霉菌也会成为重要问题。

    13.端接方式

    端接方式是指插接件的触点与电线或电缆的连接方式。合理选择端接方式和正确使用端接技术是使用和选择插接件的一个重要方面。

    • 1)焊接 焊接方式中最常见的是锡焊连接。锡焊连接方式中最重要的是要保证焊锡料与被焊接表面之间形成金属的连续性。因此,对插接件来说重要的是可焊性。最常见的插接件焊接端镀层是锡合金、银或金。簧片式触点焊接端常见的是焊片式、冲眼焊片式和缺口焊片式,而针孔式触点焊接端常见的是钻孔圆弧缺口式。
    • 2)压接 压接是为使金属在规定的限度内压缩或位移,从而将导线连接到触点上的一种技术。好的压接连接能产生金属互溶流动,使导线和触点材料对称变形。这种连接类似于冷焊连接,能得到较好的机械强度和电连续性,可以承受较恶劣的环境条件。目前普遍认为采用正确的压接连接比锡焊连接要好,特别是在大电流场合必须使用压接方式。压接时必须采用压接钳或自动/半自动压接机。应根据导线截面正确选用触点的导线筒。注意:压接连接是永久性连接,只能使用一次。
    • 3)绕接 绕接是将导线直接缠绕在带棱角的触点绕接柱上。绕接时,导线应在张力受控的情况下进行缠绕,然后压入并固定在触点绕接柱的棱角处,以形成气密性接触。绕接的工具包括绕枪和固定式绕接机。绕接导线时有几个要求:
      导线直径的标称值应在0.25~1.0mm范围内
      导线直径≤0.5mm时,导体材料的延伸率≥15%
      导线直径>0.5mm时,导体材料的延伸率≥20%
    • 4)刺破接连 刺破接连又称为绝缘位移连接,是美国在20世纪60年代发明的一种新颖端接技术,具有可靠性高、成本低、使用方便等特点,目前已广泛应用于各种PCB用插接件。它适用于带状电缆的连接,仅需简单的工具即可,但必须选用规定线规的电缆。连接时不需要剥去电缆的绝缘层,依靠插接件的“U”形接触簧片的尖端刺入绝缘层中,使电缆的导体滑入接触簧片的槽中并被夹持住,从而使电缆导体和插接件簧片之间形成紧密的电气连续性。
    • 5)螺钉连接 螺钉连接是采用螺钉式接线端子的连接方式,选用时要注意允许连接导线的最大/最小截面面积,以及不同规格螺钉允许的最大拧紧力矩。

 

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